CC BY
391
ТОМ 1
НОМЕР 2
АПРЕЛЬ - ИЮНЬ 2008
КЛИНИЧЕСКАЯ
О. її/ч СЕМИНАР ПО ОНКОЛОГИИ
Н КиГЕМАТОЛОГИЯ
Унитарная вирусная гипотеза этиологии опухолей: возникновение, расцвет и самоубийство
А. Д. Альтштейн
Ключевые слова
онкогенные вирусы, вирусные и клеточные онкогены, эндогенные ретровирусы, гены-супрессоры.
Unitary virus hypothesis of tumor etiology: emergency, flowering and suicide
A. D. Altstein Keywords:
oncogenic viruses, viral and cellular oncogenes, endogenic retroviruses, suppressor genes.
Institute of Gene Biology RAS, Moscow Контакты: [email protected] Принято в печать: 20 апреля 2008 г.
Конец XIX — начало XX в. был периодом возникновения и колоссальных успехов молодой науки — микробиологии (Л. Пастер, Р Кох и их сотрудники). Была расшифрована этиология многих инфекционных заболеваний, разработаны научные принципы создания вакцин против некоторых из них. Естественным было стремление исследователей того времени выявлять инфекционную этиологию той или иной болезни, что открывало возможности для ее специфической профилактики. Особое внимание привлекали необычные инфекционные агенты — вирусы. По современному определению, вирусы — это мельчайшие инфекционные агенты неклеточной природы, содержащие один тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и являющиеся облигатными внутриклеточными паразитами, не способными размножаться на искусственных питательных средах. Первооткрывателем вирусов был российский ботаник Д. И. Ивановский
[1] , который в 1892 г. показал, что возбудитель мозаичной болезни табака способен проходить через фильтр, задерживающий самые мелкие бактерии, и не растет на искусственных питательных средах. В 1898 г. M. W Beijerinck
[2] установил, что этот фильтрующийся агент размножается в больных растениях и предположил принципиальное отличие этого возбудителя от бактерий. Вскоре были открыты другие вирусы человека, животных, растений, бактерий.
Идея вирусной этиологии опухолей возникла вскоре после открытия вирусов. Парадоксально, что одним
из первых эту идею в 1903 г. выдвинул французский исследователь А. Bor-rel [3], основываясь на способности неонкогенного вируса оспы кур вызывать продуктивную воспалительную реакцию у зараженных птиц, которая была принята за опухолевый рост. Позже были выявлены настоящие опухолеродные вирусы. В 1908 г. датчане V Ellerman и О. Bang [4] показали вирусную этиологию эритробластоза кур. Впрочем, в то время лейкозы не считались опухолевыми заболеваниями, поэтому открытие датских исследователей прошло незаметно. В 1911 г. П. Раус (P. Rous) выделил вирус саркомы кур, сыгравший особую роль в изучении вирусного канцерогенеза [5]. 55 лет спустя (!) П. Раус был, наконец, удостоен Нобелевской премии.
В первой половине ХХ в. вирусология постепенно набирала обороты, ее методы совершенствовались. Были открыты вирусы — возбудители многих инфекционных заболеваний человека (желтой лихорадки, полиомиелита, гриппа, кори, герпеса и др.), животных, растений, грибов и бактерий. Объектом вирусологических исследований становились и опухолевые заболевания. К середине столетия был обнаружен ряд вирусных возбудителей опухолей человека и животных. Среди них были вирусы доброкачественных опухолей (папилломы человека, папилломы кролика, фибромы и мик-сомы кролика, контагиозного моллюска человека), а также сарком и лейкозов кур, вирусы рака молочной железы мышей и рака почки лягушки [6].
Институт биологии гена РАН, Москва
119
А. Д.Альтштейн
Следует отметить, что, несмотря на очевидные экспериментальные успехи, роль вирусов в этиологии реальных злокачественных опухолей долго игнорировалась научным и, особенно, медицинским сообществом. Так, вирус саркомы кур либо отказывались признавать вирусом, либо считали, что саркома Рауса — не настоящая опухоль. Лейкозы долгое время не признавались опухолевыми заболеваниями. Вирус рака молочной железы мышей, передающийся с молоком, обозначали как «фактор молока». Если же вирусная этиология опухоли признавалась, считалось, что это случайность, природный курьез. Такому скептическому отношению способствовала несовершенная техника вирусологических исследований, а также тот непреложный факт, что опухолевые болезни незаразны.
Как противоположная реакция возникло представление о роли вирусов как возбудителей всех опухолевых заболеваний — унитарная гипотеза вирусной этиологии опухолей — Л. А. Зильбер [7, 8], C. H. Andrews [9], F. Duran-Reynals [10], L. Gross [6], R. Huebner, G. Todaro [11]. Эта гипотеза противостояла игнорированию роли вирусов в онкологии. Гипотеза стимулировала исследование роли вирусов в канцерогенезе и, в конечном итоге, привела к получению очень важных фундаментальных и практических результатов.
В 1951 г. Л. Гросс, заражая новорожденных животных, открыл вирус лимфоидного лейкоза мышей, положив начало выявлению вирусов, вызывающих лейкозы у различных млекопитающих [6].
Вскоре были открыты различные варианты вирусов лейкоза мышей, названные по имени их открывателей (вирусы лейкоза Мазуренко, Френд, Раушера, Молони, Абельсона и др.). В этот период в онковирусологию приходит ряд выдающихся исследователей, известных своими работами по обычным (неонкогенным) вирусам (Л. А. Зильбер, Р Дул-бекко, Р Хюбнер, У Роу, А. Сэбин и др.) и много талантливой молодежи (Г. Абелев, Д. Балтимор, Р Вайнберг, Ф. Ви-жье, Г. Дейчман, П. Дьюсберг, Б. Лапин, Ф. Рапп, Г. Рубин, Г. Свет-Молдавский, Я. Свобода, Г. Темин, Д. Тодаро, П. Фогт, Х. Т Ханафуза и многие другие). Идея, что все опухоли вызываются вирусами, получает все большую моральную и экспериментальную поддержку. Открытия в этой области идут сплошным потоком.
Важный вклад был сделан специальной американской программой по изучению опухолеродных вирусов (Virus Cancer Program), созданной в 1964 г. и функционировавшей в течение 14 лет. Ее главной целью было выявление вирусной этиологии опухолевых заболеваний человека, новых опухолеродных вирусов животных, изучение механизма вирусного канцерогенеза. В 50—60-х годах XX в. были открыты вирусы сарком мышей, крыс, кошек, обезьян, различных лейкозов мышей, кошек, обезьян, крупного рогатого скота. Обнаружение вирусов, высокоонкогенных для лабораторных животных (вирус полиомы мышей и вирус SV40 обезьян), наряду с известным ранее вирусом саркомы Рауса дало в руки исследователей замечательные модели для изучения вирусного канцерогенеза. Интерес к опухолеродным вирусам значительно возрос, когда стало ясно, что существует реальная возможность заражения человека известными опухолеродными вирусами животных. Отечественными исследователями (Л. А. Зильбер, Г. Я. Свет-Молдавский и их сотрудники) было показано, что считавшийся ранее видоспецифическим вирус саркомы Рауса способен вызывать неопластические заболевания не только у кур, но и у млекопитающих [12, 13].
Поскольку вирусные вакцины против различных инфекций изготовлялись на куриных эмбрионах и в клеточных
культурах, в которых могли присутствовать латентные опухолеродные вирусы животных, возникла опасность загрязнения таких вакцин этими вирусами и их попадания в организм человека при вакцинации [14]. Если учесть, что главные потребители вакцин — дети, можно понять, какую тревогу вызвала такая возможность в начале 1960-х годов. Было показано, что в полиомиелитной вакцине, изготовлявшейся в культуре клеток почки макаки-резуса, обнаруживается вирус SV40, способный вызывать опухоли при введении новорожденным сирийским хомякам, и стало ясно, что миллионы детей получили этот вирус в процессе вакцинации. Были предприняты специальные усилия, чтобы избавиться от этого вируса и приготовить вакцину, свободную от него.
В вакцинах, изготовлявшихся на куриных эмбрионах, был обнаружен вирус лимфоидного лейкоза кур, что также потребовало принятия специальных мер. Много волнений вызвало обнаружение опухолеродной активности у аденовирусов, широко распространенных в популяции человека и вызывающих, в основном, респираторные заболевания и конъюнктивиты. Некоторые аденовирусы обусловливают опухоли при введении новорожденным хомякам, мышам и крысам [15]. Эти истории окончились благополучно: ни SV40, ни вирусы лейкоза кур, ни аденовирусы, по-видимому, не имеют отношения к этиологии естественных опухолей человека. Однако они явились важным стимулом для развития онковирусологических исследований и для разработки мер по предотвращению контаминации вакцин онкогенными вирусами животных.
В 1965 г. была установлена вирусная этиология лимфомы Беркитта человека [16] — своеобразного злокачественного опухолевого заболевания детей в определенных районах Африки. Возбудителем оказался вирус из семейства герпесвирусов, представители которого широко распространены среди позвоночных. Позже были найдены новые герпесвирусы, вызывавшие Т-клеточные лейкозы у обезьян.
Таким образом, к концу 1960-х годов стало ясно, что многие вирусы обладают способностью вызывать опухоли in vivo и/или индуцировать неопластическую трансформацию клеток in vitro. Такие вирусы считаются опухолеродными. Они принадлежат к нескольким группам ДНК-содержащих (папова-, адено-, герпес-, покс- и гепаднавирусы) и к одной группе РНК-содержащих вирусов (ретровирусы).
Для обоснования унитарной вирусной гипотезы большое значение имели идеи и исследования, направленные на изучение механизма, с помощью которого вирусы превращают нормальные клетки в опухолевые. Еще в 1946 г. Л. А. Зильбер [7] предположил, что онкогенные вирусы могут вызывать генетические изменения клеток, но отсутствовать в опухолевой ткани в инфекционной форме («мавр сделал свое дело, мавр может уйти»). Позже он назвал свою идею этиологии опухолей вирусо-генетической теорией. Он и другие исследователи (R. Dulbecco, A. Lwoff) предположили, что в опухолевых клетках имеет место интеграция вирусного генома в геном клетки. Такую форму инфекционного процесса Л. А. Зильбер обозначал как интеграционную инфекцию, ранее известную только для лизогенных фагов [8]. Вскоре было экспериментально показано, что генетический материал ДНК-содержащих опухолеродных полиомавирусов действительно физически и функционально способен объединяться (интегрировать) с клеточным геномом [17]. Позже это было продемонстрировано на разных экспериментальных моделях.
Оставалось неясным, как такая интеграция может иметь место в случае РНК-содержащих опухолеродных вирусов, которые относятся к семейству ретровирусов (вирус саркомы Рауса кур, другие ретровирусы птиц, мышей и прочих
120
Клиническая онкогематология
Вирусная гипотеза этиологии опухолей
животных): ведь геном, построенный из РНК, не может объединяться с ДНК-геномом клетки. Проблему разрешили работы H. Temin и D. Baltimore. Они показали, что в составе вирионов ретровирусов содержится вирусный фермент, получивший название РНК-зависимой ДНК полимеразы, или обратной транскриптазы [18, 19]. После проникновения вируса в клетку обратная транскриптаза синтезирует копию ДНК на матрице вирусной РНК, а эта ДНК, называемая ДНК-провирусом, включается в геном зараженной клетки и служит матрицей для образования новой вирусной РНК. За работы по интеграции вирусного и клеточного геномов и за открытие обратной транскрипции R. Dulbecco, H. Temin и
D. Baltimore получили Нобелевскую премию в 1975 г.
Интеграционный тип взаимодействия опухолеродных вирусов с опухолевыми клетками мог бы объяснить, почему невозможно выделить эти вирусы из опухолевой ткани, используя обычные вирусологические и онковирусологические методы. Отрицательные результаты вирусологического и электронно-микроскопического исследования опухолей (особенно опухолей человека) перестали быть доводом против их вирусной этиологии.
При изучении ретровирусов было открыто удивительное явление, не характерное для любых других групп вирусов многоклеточных [20]: некоторые ретровирусы способны существовать в форме ДНК-провируса, который находится в геноме всех клеток организма, у всех особей вида и передается вертикально генетическим путем, подобно обычным клеточным генам. Такие ретровирусы называют эндогенными. Феномен эндогенных ретровирусов был впервые показан для вируса рака молочных желез [21], вирусов типа С мышей [22, 23] и кур [24]. ДНК-провирус эндогенного вируса может содержать все гены, необходимые для формирования инфекционных вирионов (полный провирус) или может иметь генетические дефекты (дефектный провирус). Предполагается, что эндогенные вирусы возникают из обычных экзогенных ретровирусов в результате заражения последними зародышевых клеток. Если присутствие эндогенного вируса в геноме всех клеток организма полезно хозяину, он приобретает селективное преимущество и становится родоначальником популяции, все особи которой содержат данный вирус. В чем заключается это преимущество, далеко не всегда ясно.
В случае эндогенного вируса кур показано, что он уменьшает вероятность гибели животных от экзогенной ретровирусной инфекции. Возникновение нового эндогенного ретровируса — сравнительно редкое эволюционное событие в истории данного вида. Эндогенные вирусы обнаружены у многих видов млекопитающих и птиц (мышь, крыса, кошка, свинья, приматы, включая человека, куры и другие птицы), а также у дрозофилы. У человека обнаружены дефектные эндогенные провирусы. По-видимому, эндогенные ретровирусы имеются у всех многоклеточных животных. В процессе эволюции животного мира должны были сложиться защитные механизмы, ограничивающие неконтролируемое размножение собственного эндогенного вируса. И действительно, некоторые эндогенные вирусы вообще не могут проникать в клетки своего вида (ксенотропные вирусы) или плохо размножаются в клетках данной особи и гораздо лучше в клетках других особей данного вида (экотропные вирусы).
Описаны также амфотропные вирусы, объединяющие свойства тех и других. Вследствие своих особенностей эндогенные вирусы ограничены одним видом животного и эволюционируют вместе с ним. Накопление мутаций в вирусном геноме приводит к существованию в клетке дефектных провирусов, частично или полностью не способных осуществлять вирусоспецифические функции, поэтому эндогенные
вирусы лишь изредка существуют в форме полного провируса. Чаще клеточный геном служит «кладбищем» внедрившихся, но не сохранивших свою функциональную активность ретровирусных генов. Действительно, около 0,3 % ДНК мышиных клеток имеет ретровирусное происхождение.
Твердо доказана роль экзогенных ретровирусов в этиологии лейкозов кур, мышей, кошек, обезьян, крупного рогатого скота, а также при Т-клеточном лейкозе взрослых у человека [20]. Экзогенные ретровирусы кур являются возбудителями лимфоидного лейкоза кур. Они очень широко распространены в птицеводческих хозяйствах и причиняют им серьезный ущерб. Лимфоидный лейкоз кур имеет длительный (несколько месяцев) латентный период и возникает лишь у небольшой части зараженных птиц. Среди ретровирусов птиц имеются также высокоонкогенные возбудители, вызывающие опухоли через 3—20 дней после заражения практически у 100 % животных. Это вирус саркомы Рауса и другие вирусы сарком, вирус рака почки, миело-бластоза, эритробластоза и миелоцитоматоза. Вирусы сарком способны вызывать очаги опухолевого роста на хорионаллантоисной оболочке куриного эмбриона.
Наряду с ретровирусами птиц вирусы мышей относятся к числу наиболее изученных. Известно много вариантов вирусов лейкоза мышей, которые вызывают лимфоидный лейкоз (вирусы лейкоза Гросса, Молони, Мазуренко и др.). Среди ретровирусов мышей много высокоонкогенных представителей. Это несколько вариантов вируса саркомы мышей (Молони, Харви, Кирстен, Газдар и др.), а также возбудители острого лейкоза с коротким инкубационным периодом (1—2 нед.): вирусы эритробластоза Раушера и Френд, вирус лимфоидного лейкоза Абельсона и др. Сходная ситуация наблюдается с ретровирусами кошек. Известно несколько вариантов вирусов лимфоидного лейкоза с длинным латентным периодом и несколько вариантов высокоонкогенных вирусов сарком кошек. У обезьян (гиббонов) обнаружен вирус лимфоидного лейкоза, а также высокоонкогенный вирус саркомы шерстистых обезьян.
Поскольку большинство известных ретровирусов обладает опухолеродными свойствами, стало казаться, что нормальные клетки, содержащие эндогенные ретровирусы, как бы «заминированы» вирусным онкогенным фактором, который должен быть первичен по отношению к другим пусковым факторам, вызывающим канцерогенез (химические канцерогены, радиация). Это выглядело как полное торжество унитарной гипотезы вирусной этиологии опухолей («все опухоли вызываются вирусами»). Несмотря на кажущуюся очевидность, эта идеология была вскоре пересмотрена благодаря дальнейшим успехам онковирусологии.
Следующий этап онковирусологии (1970—1980 гг.) ознаменовался значительным прорывом в понимании механизма вирусного канцерогенеза. В геноме ДНК- и РНК-содержащих вирусов были найдены специальные гены — онкогены, белковый продукт которых отвечает за превращение нормальной клетки в опухолевую. Уже в 1960-х годах было показано, что потенциальная способность опухолеродного вируса образовывать инфекционное потомство не нужна для трансформирующего и опухолеродного действия вирусов SV40 и полиомы; достаточно абортивной инфекции, при которой синтезируется «ранний» белок вируса — Т-антиген. Стало ясно, что в геноме онкогенных вирусов должны быть гены (онкогены), ответственные за его опухолеродное действие.
В 1970 г. первый вирусный онкоген был идентифицирован у вируса саркомы Рауса [25]. Этот онкоген был обозначен как src-ген. Позже были обнаружены онкогены других опухолеродных ретровирусов (abl, myc, ras, sis, mos
www.medprint.ru
121
А. Д.Альтштейн
и др.) [20]. Были также идентифицированы онкогены ДНК-содержащих вирусов (полиома-, папиллома-, адено- и герпесвирусов) [26]. Сейчас известно более 30 вирусных онкогенов. Их продукты разнообразны как по молекулярной массе, так и по функции: тирозиновые протеинкиназы, белки, связывающие гуанозинтрифосфат, факторы роста, факторы транскрипции и трансляции, факторы, связывающие клеточные регуляторные белки, белки с неизвестными функциями.
Казалось бы, как успешнейшая работа по механизму вирусного канцерогенеза может негативно повлиять на судьбу унитарной вирусной гипотезы опухолей? К 1972 г. стали известны экспериментальные данные, которые привели к появлению гипотезы о клеточном происхождении вирусных онкогенов.
Геномы вирусов лимфоидного лейкоза кур, мышей и кошек содержат три обычных (структурных) ретровирусных гена (gag, pol, env) [20]: ген gag отвечает за синтез внутренних белков вириона; ген pol кодирует вирусные ферменты; ген env кодирует белки оболочки вириона. Геномы высокоонкогенных вирусов содержат онкогены, наличие которых объясняет патогенность этих вирусов. Обычно онкогены расположены в ретровирусном геноме так, что замещают или повреждают один или более структурных вирусных генов. Известно лишь одно исключение — недефектный вирус саркомы Рауса, у которого наличие онкогена не повредило другие вирусные гены. Онкогены могут локализоваться в любой части генома. Общим принципом является сохранность концов вирионной РНК, приводящая к наличию правильно организованных длинных концевых повторов (LTR) нуклеотидных последовательностей в ДНК-провирусе и сохранению сигналов, необходимых для транскрипции, трансляции и упаковки образующейся вирусной РНК в вирионы. Если гены gag, pol, env абсолютно необходимы для репродукции вируса, то ген onc (онкоген) не нужен для его размножения и может легко утрачиваться.
Популяция любого высокоонкогенного ретровируса, содержащего онкоген, состоит из двух типов вирионов: 1) дефектные вирионы, геном которых содержит онкоген, замещающий вирусные гены; 2) вирус-помощник, который содержит нормальный ретровирусный геном (вирус лимфоидного лейкоза). Для размножения такого ретровируса необходима смешанная инфекция клетки обоими типами вирионов. Вирус-помощник предоставляет продукты вирусных генов, необходимые для упаковки дефектного генома в вирион. Из популяции высокоонкогенного вируса можно выделить вирус-помощник и получить его популяцию, свободную от дефектных высокоонкогенных вирионов. Выделить в чистом виде последние из смешанной популяции вирусологическими методами невозможно. Чистую популяцию дефектных вирионов можно, однако, получить с использованием методов генетической инженерии.
Анализируя данные, накопившиеся к 1972 г., автор настоящей статьи пришел к выводу, что вирусные онкогены имеют клеточное происхождение и возникают в результате случайного включения клеточных генов, имеющих отношение к регуляции пролиферации клеток, в вирусный геном [27]. В случае ретровирусов речь идет о недавнем захвате клеточных генов. Хотя высокоонкогенные ретровирусы животных выделены из спонтанных опухолей и лейкозов, они встречаются крайне редко, т. к. не способны сохраняться в естественных условиях из-за своей высокой патогенности. Предполагается, что такие вирусы изредка возникают из низкоонкогенных возбудителей лимфоидного лейкоза, которые в результате рекомбинационных событий захватывают из клетки нормальные
гены, имеющие отношение к регуляции клеточного деления. В составе вирусного генома такие гены экспрессируются под контролем сильных вирусных промоторов и не подчиняются клеточным регуляторным механизмам. Их нерегулируемая экспрессия ведет к неопластической трансформации клетки. При пассажах через организм чувствительных животных в лаборатории отбираются наиболее онкогенные варианты вируса с соответствующими мутационными изменениями в захваченном клеточном гене, который превращается в вирусный онкоген v-onc. По гипотезе клеточного происхождения вирусных онкогенов, эндогенные ретровирусы не должны содержать онкогены в своем геноме, поскольку наличие онкогена несовместимо с их мирным сосуществованием с клеткой.
В 1976 г. идея клеточного происхождения ретровирусных онкогенов получила полное экспериментальное подтверждение в работах D. Stehelin, H. E. Var-mus, J. M. Bishop, P K. Vogt [28], А. Е. Frankel, P Fischinger [29], выполненных в американских лабораториях. В 1989 г. H. E. Varmus и J. M. Bishop за эту работу получили Нобелевскую премию. Вскоре было показано клеточное происхождение и других онкогенов, обнаруженных в геномах высокоонкогенных ретровирусов, и отсутствие онкогенов в геноме эндогенных ретровирусов [20]. Высокоонкогенные ретровирусы, не имея большого практического значения как возбудители опухолей в природе, оказались незаменимыми моделями для изучения механизма канцерогенеза, идентификации онкогенов и поиска их клеточных предшественников. Нормальные клеточные гены, которые в составе вирусного генома превращаются в v-onc, обозначаются как протоонкогены. Следует отметить, что в результате мутаций, включая перестройку хромосом, протоонкогены могут превращаться в онкогены и без участия вируса. В этом случае говорят о клеточных онкогенах (с-опс). На основе изучения вирусных онкогенов разработаны подходы к выявлению клеточных онкогенов в невирусных опухолях [30].
Канцерогенез, вызываемый низкоонкогенными (лейкемогенными) вирусами, отличается по своему механизму от канцерогенеза, вызываемого высокоонкогенными ретровирусами [20, 30]. Вирусы лимфоидного лейкоза кур, мышей, кошек, обезьян не имеют онкогенов и должны создать их, по крайней мере, в некоторых зараженных клетках. На модели вируса лимфоидного лейкоза птиц было показано, что вызываемый этим вирусом лейкоз моно-клонален, т. е. возникает из одной клетки, которая приобрела опухолевые свойства. В ДНК лейкемических клеток был выявлен ретровирусный ДНК-провирус, встроившийся в клеточный геном рядом с протоонкогеном туc. Экспрессия этого гена осуществлялась с помощью сильного вирусного промотора, локализованного в длинных концевых повторах ретровирусного провируса, и в 50—100 раз превышала уровень его обычной экспрессии. При такой регуляции протоонкоген myc превращается в клеточный онкоген с-тус, ответственный за появление опухолевого фенотипа исходной клетки и ее потомства. Поскольку встройка провируса носит случайный характер и достаточно редка, этот феномен объясняет низкую онкогенность, моноклональность и длительный латентный период заболевания.
Особняком стоит род дельта-ретровирусов, к которому относятся два вируса Т-клеточного лейкоза человека (ВТЛЧ-1 и ВТЛЧ-2) и вирус бычьего лейкоза, вызывающий лимфоцитоз и В-клеточный лейкоз у крупного рогатого скота. Вирусы этой группы не имеют онкогена клеточного происхождения. В дополнение к обычным ретровирусным генам (gag, pol, env) эти вирусы имеют 4-й ген X, белок которого резко стимулирует транскрипцию ДНК-провируса этих
122
Клиническая онкогематология
Вирусная гипотеза этиологии опухолей
агентов. Возможно, с функцией этого белка (рХ) связана активация определенных клеточных генов, превращающихся в онкогены.
Особое место среди ретровирусов занимает вирус рака молочной железы (ВРМЖ) мышей — один из немногих ретровирусов, вызывающих не лейкозы и саркомы, а эпителиальные опухоли. Известны эндогенные и экзогенные варианты этого вируса, отличающиеся по онкогенности. Эндогенный ВРМЖ встречается у всех мышей и является низкоонкогенным. Экзогенные вирусы обнаружены у некоторых линий мышей (СЗН, A, GR), которые являются высокораковыми: у 100 % самок, имевших беременность, возникает рак молочных желез. Вирус распространяется с молоком, а также генетическим путем. В геноме этого вируса не обнаружены онкогены. Механизм его опухолеродного действия неясен. Ведется поиск аналогичного вируса у человека.
Исключительно важным успехом в генетике опухолей явилось открытие клеточных генов-супрессоров, подавляющих опухолевое перерождение нормальной клетки [31]. Это гены, которые участвуют в негативном контроле клеточной пролиферации или индуцируют апоптоз в клетках с повреждением ДНК. Сейчас известно около двух десятков таких генов. Наиболее изучены гены белка р53, Rb (ген рети-нобластомы), VHL (ген, связанный с синдромом Гиппеля— Линдау). В открытии белка р53 особую роль сыграло изучение опухолеродного вируса SV40: этот белок был обнаружен по способности связываться с Т-антигеном этого вируса, и его исходное название было «клеточный Т-антиген».
Появление в клетке функционирующего онкогена и инактивацию генов-супрессоров можно рассматривать как основной механизм превращения нормальной клетки в опухолевую. Опухолеродные вирусы в этом случае должны рассматриваться как частный конкретный фактор внесения в клетку онкогенов и инактивации генов-супрессоров, т. е. как один из возможных этиологических факторов канцерогенеза наряду со спонтанным и индуцированным мутагенезом, вызванным различными канцерогенными факторами, такими как химические канцерогены и радиация. Таким образом, развитие онковирусологии привело к отмене представления о всеобщей роли вирусов в этиологии опухолевых болезней. Онковирусология, однако, оказав огромную услугу молекулярной биологии и генетике рака, не потеряла своего значения для онкологии.
В течение длительного времени не удавалось установить вирусную этиологию каких-либо опухолевых заболеваний человека. В конце 1970-х годов была закрыта американская программа Virus Cancer Program, которая в первую очередь была направлена на открытие вирусной этиологии опухолей человека. И именно тогда, когда стало ясно, что вирусы не могут быть единственной причиной опухолей, появилась информация об их важной роли в онкологии.
В 80-90-х годах XX в. накопились данные об онкогенных инфекциях человека, ведущих к возникновению не только доброкачественных, но и злокачественных опухолей [32]: 1) папилломавирусные инфекции ведут к развитию доброкачественных опухолей кожи и слизистых оболочек (папилломы, кондиломы), а также злокачественных опухолей (рака) аногенитальной области, кожи и других органов; особенно важна роль папилломавирусов как возбудителей рака шейки матки — одного из самых распространенных онкологических заболеваний у женщин [33]; 2) инфекция, вызываемая вирусом гепатита В, ведет к хроническим гепатитам и является главной причиной рака печени; 3) вирус гепатита С вызывает инфекцию, ведущую к хроническому гепатиту и ге-патоме; 4) вирус Т-клеточного лейкоза взрослых вызывает инфекцию, иногда заканчивающуюся развитием лейкоза;
5) ретровирус (лентивирус) иммунодефицита человека является причиной смертельного СПИДа, на фоне которого развиваются злокачественные опухоли (в первую очередь, лимфомы и саркома Капоши); 6) герпесвирус Эпштейна—Барр вызывает инфекцию, распространенную во всем мире и ведущую у части зараженных лиц к неопухолевому заболеванию — инфекционному мононуклеозу; однако в определенных районах Африки и Юго-Восточной Азии эта инфекция вызывает развитие злокачественной лимфомы Беркитта, назофарингеального рака и может рассматриваться как онкогенная инфекция; 7) герпесвирус саркомы Капоши (герпесвирус человека 8-го типа) приводит к инфекции, которая у людей с подавленным клеточным иммунитетом может спровоцировать развитие множественных опухолевых узлов в коже; 8) вирус контагиозного моллюска, относящийся к семейству вирусов оспы (поксвирусов), вызывает инфекцию, ведущую к появлению специфических доброкачественных кожных опухолей человека.
По основным закономерностям распространения онкогенные инфекции принципиально не отличаются от обычных неонкогенных инфекций. Подходы к их диагностике и профилактике также не имеют какой-либо онкологической специфики. Получены эффективные вакцины против вируса гепатита В, способные снизить частоту заболеваемости раком печени. Разработана вакцина против папилломавирусной инфекции, способная повлиять на заболеваемость женщин раком шейки матки. Проходят испытания вакцины против опухолевых заболеваний сельскохозяйственных животных.
Необходимо отметить, что основным инфекционным источником при онкогенных инфекциях являются здоровые вирусоносители, а не больные, страдающие опухолевыми заболеваниями в результате онкогенной инфекции. За редким исключением, возникшие опухоли не содержат вирус в инфекционной форме, способный заразить здоровых лиц в результате контакта с онкологическим больным и передать им опухолевое заболевание, поэтому существование онкогенных инфекций не отменяет формулу: «больные злокачественными опухолями незаразны».
Подведем итоги по эволюции унитарной вирусной гипотезы этиологии опухолей, признающей вирусы главным (если не единственным) этиопатогенетическим фактором опухолевых болезней. Ее возникновение относится к началу и первой половине ХХ в., когда были сформулированы основные идеи этой гипотезы и открыты первые опухолеродные вирусы. Максимального признания (расцвета) гипотеза достигла в 1950— 1970-х годах, когда было открыто большое число ДНК- и РНК-содержащих опухолеродных вирусов, показана возможность интеграции между вирусными и клеточными геномами, а главное, были найдены эндогенные ретровирусы как нормальная составная часть клеток (ретровирусные провирусы интегрированы в клеточные геномы).
Дальнейшее изучение механизмов вирусного канцерогенеза привело к открытию вирусных онкогенов — генов, непосредственно отвечающих за превращение нормальной клетки в опухолевую. Было показано, что эндогенные ретровирусы не содержат онкогенов, а онкогены высокоонкогенных ретровирусов имеют клеточное происхождение; следовательно, в клетках есть протоонкогены, которые были открыты благодаря онковирусологическим исследованиям. Далее было показано, что протоонкогены могут превращаться в онкогены и без участия вирусов. Таким образом, онковирусологические исследования сыграли выдающуюся роль в открытии клеточных онкогенов, отвечающих за опухолевую трансформацию клетки, а затем и генов-супрессоров (антионкогенов). Открытие этих генов позволяет считать,
www.medprint.ru
123
А. Д.Альтштейн
что причиной опухолевых заболеваний могут быть различные факторы, нарушающие регуляцию клеточного деления и дифференцировки. Другими словами, основные идеи об этиологии опухолей, высказанные в ХХ в. (спонтанные мутации, химические канцерогены, радиация, вирусы), оказались верными. Имеющиеся данные указывают на полиэтиологическую природу опухолевого роста и на роль весьма разнообразных генетических нарушений в опухолевой трансформации клетки.
Можно считать, что в своем развитии онковирусологические исследования сначала привели унитарную вирусную гипотезу этиологии опухолей к расцвету, а затем представили фундаментальные доказательства того, что вирусы — лишь один из этиологических факторов опухолевого роста. Поскольку унитарная вирусная гипотеза была мощным двигателем исследований по механизму вирусного канцерогенеза, такой итог можно рассматривать как «самоубийство» этой гипотезы, что и отражено в заглавии статьи. Естествен-
ЛИТЕРАТУРА
1. Ивановский Д.И. О мозаичной болезни табака. Бюлл. Санкт-Петербургской императорской академии наук 1892; 35: 67-70.
2. Beijerinck M. W. Ueber ein Contagium vivum fluidum als Ursache der Fleckenkrankheit der Tabaksblatter. Verhandl. Koninkl. Akad. Wetenschappen te Amsterdam 1898; 6: 3-22.
3. Barrel A. Epithelioses infectieuses et epitheliomas. Ann. Inst. Pasteur 1903; 17: 81-122.
4. Ellerman V., Bang O. Experimented leukaemie bei huhnern. Centralbl. f. Bact. Abt. I 1908; 46: 595-609.
5. Rous P. A sarcoma of the fowl transmissible by an agent separable from the tumor cells. J. Exp. Med. 1911; 13: 397-9.
6. Gross L. Oncogenic Viruses. — Oxford: Pergamon Press, 1970.
7. Зильбер Л. А. Вирусная теория происхождения опухолей. — М.: Медгиз, 1946.
8. Зильбер Л. А. Вирусо-генетическая теория возникновения опухолей. — М.: Наука, 1968.
9. Andrews C. H. Latent virus infections and their possible relevance to the cancer problem: President’s address. Proc. Royal Soc. Med. 1939; 33: 75-86.
10. Duran-Reynals F. Virus-induced tumors and the virus theory the cancer. In: The Physiopa-thology of Cancer / P. B. Hoeber (ed.). — NY: Harper Bros. Inc., 1953: 98-337.
11. Huebner R. J., Todaro G. J. Oncogenes of RNA tumor viruses as determinants of cancer. Proc. Nat. Acad. Sci. 1969; 64: 1087-94.
12. Зильбер Л. А., Крюкова И. Н. Геморрагическая болезнь крыс, вызванная вирусом саркомы Рауса. Вопр. вирусол. 1957; 2: 239-43.
но, что отмена унитарной вирусной гипотезы и признание того, что опухоли могут иметь как вирусную, так и невирусную этиологию, не уменьшают важности дальнейших онковирусологических исследований.
Роль вирусов в этиологии определенных опухолевых заболеваний животных и человека давно уже не вызывает сомнения. Их значение как возбудителей опухолей неодинаково у разных видов животных. Так, у некоторых короткоживущих видов (куры, мыши) большинство опухолей вызывается вирусами. По-видимому, у человека и приматов доминируют опухоли невирусной этиологии. Задачей же современной онковирусологии, наряду с продолжением исследований по механизму вирусного канцерогенеза, является установление возможной вирусной этиологии той или иной конкретной опухолевой болезни человека и сельскохозяйственных животных, разработка методов ее специфической диагностики и профилактики, выяснение путей распространения возбудителя в естественных условиях.
23. Abelev G. I., Elgort D. A. Group-specific antigen of murine leukemia viruses in mice of low leukemic strains. Inter. J. Cancer 1970; 6: 145-52.
24. Rosenthal P. N, Robinson H. L., Robinson W. S. et al. DNA in uninfected and virus-infected cells complementary to avian tumor virus RNA. Proc. Nat. Acad. Sci. 1971; 68: 2336-40.
25. Martin G. S. Rous sarcoma virus: a function required for the maintenanceof the transformed state. Nature 1970; 227: 1021-3.
26. Татосян А. Г. Онкогены. В кн.: Канцерогенез / Под ред. Д. Г. Заридзе. — М.: Медицина, 2004. — С. 103-24.
27. Альтштейн А. Д. Онкогены опухолеродных вирусов. Журн. Всесоюзн. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева 1973; 18(6): 631-6.
28. Stehelin D., Varmus H. Е., Bishop J. M., Vogt P. K. DNA related to transforming gene(s) of avian sarcoma viruses is present in normal avian DNA. Nature 1976; 260: 170-3.
29. Frankel A. E, Fischinger P. J. Nucleotide sequences in mouse DNA and RNA specific for Moloney sarcoma virus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1976; 73: 3705-9.
30. Weinberg R. A. The biology of cancer. — LLC, NY, USA: Garland Science, Taylor & Francis Group, 2007: 91-117.
31. Копнин Б. П. Опухолевые супрессоры и мутаторные гены. В кн.: Канцерогенез / Под ред. Д. Г. Заридзе. — М.: Медицина, 2004. — С. 125-56.
32. Альтштейн А. Д. Общая характеристика онкогенных вирусов. В кн.: Канцерогенез / Под ред. Д. Г. Заридзе. — М.: Медицина, 2004. — С. 251-87.
33. Hausen H. Papillomaviruses and cancer: from basic studies to clinical application. Nat. Rev. Cancer 2002; 2(5): 342-50.
13. Свет-Молдавский Г. Я., Скорико-ва А. С. Образование множественных кист у белых крыс после введения им вируса саркомы Рауса в эмбриональном периоде. Вопр. онкол. 1957; 3: 673-7.
14. Кра вченко А. Т., Альтштейн А. Д. Проблема онкологической безопасности живых вирусных вакцин. Вопр. вирусол. 1965; 10(5): 527-32.
15. Trentin J. J., Yabe Y., Taylor G. The quest for human cancer viruses. Science 1962; 137: 835-49.
16. Epstein M., Achong B., Barr Y. Morphological and biological studies on a virus in cultured lymphoblasts from Burkitt’s lymphoma. J. Exp. Med. 1965; 121: 761-70.
17. Sambrook J., Westphal H., Srini-vasan P. R., Dulbecco R. The integrated state of viral DNA in SV40-transformed cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1968; 60: 1288-95.
18. Temin H. M., Mizutani S. RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus. Nature 1970; 226: 1211-3.
19. Baltimore C. RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses. Nature 1970; 226: 1209-22.
20. Weiss R., Teich N., Varmus H., Coffin J. RNA tumor viruses. — CSHL, USA, 1982.
21. Bentvelzen P., Daams J. H. Hereditary infections with mammary tumor viruses in mice. J. Nat. Cancer Inst. 1969; 43: 1025-35.
22. Huebner R. J., Kelloff G. J., Sarma P. S. et al. Group-specific antigen expression during em-bryogenesis of the genome of the C type RNA tumor virus: implication for ontogenesis and oncogenesis. Proc. Nat. Acad. Sci. 1970; 67: 366-76.
124
Клиническая онкогематология
